CN109991466A - 检测装置，保护***及保护方法 - Google Patents

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Abstract

一种检测装置用于检测包括多个串联的开关器件的电路。该检测装置包括多个检测电路，每个检测电路与相对应的开关器件的门极驱动器集合成一体。每个检测电路包括分压器和信号处理器。该分压器与相应的开关器件并联耦合，且其包括多个串联的分压组件。该信号处理器耦合于所述分压组件的其中一个，用于接收该分压组件两端的分压，并输出表征该开关器件两端电压的输出信号。本发明的实施例还涉及用于保护串联的开关器件的保护***及保护方法。

Description

检测装置，保护***及保护方法
技术领域
本发明的实施例涉及检测装置、保护***及保护方法。
背景技术
串联的开关器件已经被广泛地应用于电源转换器中。开关器件在工作过程中经常会发生过压的情况。一旦发生过压，开关器件会在很短的时间内遭到损坏，串联支路也会随即失效。所以，对于过压的快速检测成为了防止开关器件失效的关键性问题。
现有的过压检测方法通常不够迅速，不能在开关器件失效之前为后续的步骤，如：把开关器件切换到开通状态，预留充足的时间。
因此，有必要提供一种新的用于串联的开关器件的检测装置、保护***和保护方法来解决上述问题。
发明内容
一种检测装置用于检测包括多个串联的开关器件的电路。该检测装置包括多个检测电路，每个检测电路与相对应的开关器件的门极驱动器集合成一体。每个检测电路包括分压器和信号处理器。该分压器与相应的开关器件并联耦合，且其包括多个串联的分压组件。该信号处理器耦合于所述分压组件的其中一个，用于接收该分压组件两端的分压，并输出表征该开关器件两端电压的输出信号。
一种保护***用于保护包括多个串联的开关器件的电路。所述***包括检测装置，该检测装置包括多个检测电路，每个检测电路与相对应的开关器件的门极驱动器集合成一体。每个检测电路包括分压器和信号处理器。该分压器与相应的开关器件并联耦合，且其包括多个串联的分压组件。该信号处理器耦合于所述分压组件的其中一个，且用于接收该分压组件两端的分压，并输出表征该开关器件两端电压的输出信号。所述***还包括控制装置，其用于基于所述输出信号判断所述每个开关器件是否具有失效风险，并使具有所述失效风险的开关器件处于持续开通状态以降低所述失效风险。
一种保护方法用于保护包括多个串联的开关器件的电路。所述方法包括：通过检测装置检测每个开关器件两端的电压；基于所述电压判断每个开关器件是否具有失效风险；及使每个具有所述失效风险的开关器件处于持续开通状态，以降低所述失效风险。其中，所述检测装置包括多个检测电路，每个检测电路与相应开关器件的门极驱动器集合成一体。每个检测电路包括：分压器和信号处理器。该分压器与相应的开关器件并联耦合，且其包括个串联的分压组件；该信号处理器耦合于所述分压组件的其中一个，且用于接收该分压组件两端的分压，并输出表征该开关器件两端电压的输出信号。
附图说明
当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解，在附图中，相同的元件标号在全部附图中用于表示相同的部件，其中：
图1为根据本发明一具体实施例的电路保护***的示意图；
图2为根据本发明一具体实施例的包括检测电路和门极驱动器的印刷电路板的立体示意图；
图3为图2中所示的印刷电路板的正视图；
图4为根据本发明一具体实施例的检测电路的示意图；
图5为根据本发明另一具体实施例的检测电路的示意图；
图6为根据本发明另一具体实施例的检测电路的示意图；
图7为根据本发明另一具体实施例的检测电路的示意图；及
图8为根据本发明一具体实施例的电路保护方法的流程示意图，其中，该电路包括多个串联的开关器件。
具体实施方式
为帮助本领域的技术人员能够确切地理解本发明所要求保护的主题，下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。在以下对这些具体实施方式的详细描述中，本说明书对一些公知的功能或构造不做详细描述以避免不必要的细节而影响到本发明的披露。
除非另作定义，本权利要求书和说明书中所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书中所使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“具有”等类似的词语意指出现在“包括”或者“具有”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“具有”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
本发明的实施例涉及用于保护串联开关器件的保护***。该保护***包括检测装置，其可用于快速、准确地检测每个开关器件两端的电压。
图1示出了用于保护电路900的保护***800的示意图，其中，电路900包括多个互相串联耦合的开关器件910。在一些实施例中，开关器件910包括碳化硅绝缘栅双极型晶体管(IGBT)及碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)中的至少一个。参见图1，保护***800包括多个门极驱动器810、检测装置820和控制装置840。
该多个门极驱动器810分别与所述多个开关器件910耦合。每个门极驱动器810用于在控制装置840的控制下向相应的开关器件910提供门极信号，这样，可以根据实际需要开通或关断该开关器件910。在开关器件910的正常工作状态下，开关器件910可能被重复交替地开通或关断。在开关器件910的非正常状态下，开关器件910可能处于持续开通或持续关断状态。
检测装置820包多个检测电路821，其用于分别检测所述多个开关器件910的电压信息。每个检测电路821用于检测相应开关器件两端的电压，且向控制装置840输出一个输出信号822，其中，输出信号822表征该开关器件两端的电压。输出信号可能表征该电压的电压值或者表征该电压是否超过该开关器件的正常工作电压。
控制装置840用于从检测电路821接收输出信号822，且基于该输出信号822判断每个开关器件910是否具有失效风险。在一些实施例中，若一开关器件被判定具有失效风险，则该控制装置840使该开关器件处于持续开通状态，以降低或消除该失效风险。控制装置840可控制门极驱动器810向开关器件910提供持续开通信号，这样处于持续开通状态的开关器件在其串联支路中的作用等同于一根导线，所以不会再产生过压的问题。而由于过压是导致开关器件失效的主要原因，所以使该开关器件处于持续开通状态可以防止该开关器件的失效，同时，串联支路中的其他开关器件仍然可以保持正常工作。
每个检测电路821与相应开关器件910的门极驱动器810集合成一体。参见图2和图3，检测电路821和门极驱动器810被设置于基板860上以形成印刷电路板830。检测电路的至少一部分，如：线路部分，被印制于该基板860上，检测电路中的元器件可能被安装于基板860的表面。印刷电路板830与相应的开关器件910相邻，这样能够使检测电路821靠近于相应的开关器件910，从而减少检测电路的响应时间。所以本发明揭露的检测装置能够对过压现象或失效风险进行快速的测量或检测，使得控制装置840有充足的时间来采取进一步措施，以防止开关器件的失效。
图4为根据本发明一具体实施例的检测电路100的示意图。参见图4，检测电路100包括分压器140和信号处理器130。
分压器140耦合于开关器件910和信号处理器130之间，且其用于接收该开关器件两端的电压，并向信号处理器130输出分压信号。分压器140并联耦合于相应的开关器件910，且其包括多个互相串联耦合的分压组件110、120。
该多个分压组件包括多个第一分压组件110和第二分压组件120。该多个第一分压组件110互相串联耦合，该第二分压组件120与信号处理器130耦合，其用于向信号处理器130提供分压。在图4所示的实施例中，每个分压组件包括电阻。第一分压组件110中的第一电阻R1的阻值大于第二分压组件120中的第二电阻R2的阻值，这样，第一分压组件上会被分配到更多的电压，从而减小第二分压组件120两端的分压，使得该分压能够被更容易的测量或处理。第一、第二电阻也可能具有寄生电容，该寄生电容也参与分压。
信号处理器130与第二分压组件120耦合，其用于接收来自第二分压组件120两端的分压并输出一输出信号133，其中，输出信号133表征该开关器件910两端的电压。在图4所示的实施例中，信号处理器130包括测量装置132，其用于测量该分压并输出一电压值133。
在上述实施例中，信号处理器130接收来自一个分压组件120两端的分压。然而，在其他实施例中，信号处理器可能接收来自两个或两个以上分压组件两端的分压。
图5为根据本发明另一具体实施例的检测电路200的示意图。参见图5，检测电路200包括分压器240、信号处理器230、第一二极管D1和第二二极管D2。
分压器240并联耦合于相应开关器件910，且其包括多个互相串联耦合的分压组件210、220。该多个分压组件包括多个第一分压组件210和第二分压组件220。该多个第一分压组件210互相串联连接。第二分压组件220耦合于该信号处理器230，用于向信号处理器230输出分压。
在图5所示的实施例中，每个第一分压组件210包括第一电阻R1。第二分压组件220包括第二电阻R2及与第二电阻R2并联耦合的电容C2。第一电阻R1的阻值大于第二电阻R2，这样第一分压组件上会被分配到更多的电压，从而使得第二分压组件220上的分压减小，以使之能被更容易地测量或处理。第一、第二电阻可能还具有寄生电感，参与分压。
第一二极管D1并联耦合于互相串联耦合的第一分压器件，第二二极管D2并联耦合于第二分压器件。第一二极管D1的额定电压大于或等于第二二极管D2。第一二极管D1用于在开关器件开通期间使第二电容放电。在开关器件关断期间，第二电容C2可能被充电；然后当该开关器件被开通后，第二电容C2经由第一二极管D1和开关器件910放电。在一些实施例中，第一、第二二极管中的每一个可能被多个二极管代替。
信号处理器230包括判断单元，其用于判断该分压是否大于或等于参考电压。参考电压表征该开关器件的正常工作电压。在一些实施例中，参考电压可被设置为该开关器件的正常工作电压的一定比例，该比例为第二电阻的阻值与第一、第二电阻的总阻值之比。
图6为根据本发明另一具体实施例的检测电路300的示意图。参见图6，检测电路300包括分压器340、信号处理器330、第一二极管D1及第二二极管D2。
分压器340并联耦合于相应开关器件910，且其包括多个互相串联耦合的分压组件310、320。该多个分压组件包括多个第一分压组件310和第二分压组件320。该多个第一分压组件310互相串联连接。第二分压组件320耦合于该信号处理器330，用于向信号处理器330输出第二分压组件320两端的分压。
在图6所示的实施例中，每个第一分压组件包括第一电阻R1和并联耦合于第一电阻R1的第一电容C1。第二分压组件包括第二电阻和并联耦合于第二电阻R2的第二电容C2。第一电阻R1的阻值大于第二电阻R2，第一电容C1的电容值小于第二电容C2，这样第一分压组件310上会被分配到更多的电压，从而减小第二分压组件320上的电压，使其更容易被测量或处理。
第一二极管D1并联耦合于互相串联耦合的第一分压器件，第二二极管D2并联耦合于第二分压器件。第一二极管D1的额定电压大于或等于第二二极管D2，这是由于第一分压组件310两端的电压大于第二分压组件320两端的电压。第一、第二二极管用于在开关器件开通期间使第一、第二电容C1、C2放电。在一些实施例中，第一、第二二极管中的每一个可能被多个二极管代替。
图7为根据本发明另一具体实施例的检测电路400的示意图。参见图7，检测电路400包括分压器440、信号处理器430、第一二极管D1、第二二极管D2和参考电压源450。
分压器440、第一二极管D1和第二二极管D2分别与图6中的检测电路300的相应元器件相类似，此处不再赘述。
信号处理器430包括比较电路，其用于将分压和参考电压进行比较，并输出表征该分压是否大于等于该参考电压的信号。在一些实施例中，比较电路430输出低电平信号来表示该分压大于或等于该参考电压，或者输出高电平信号来表示该分压小于该参考电压。
参见图7，比较电路430包括比较器431、第三电阻R3、第三电容C3和辅助电源432。比较器431包括第一输入端435、第二输入端436和输出端437。第一输入端435耦合于参考电压源450且用于接收参考电压。第二输入端436耦合于第二分压组件420的第一端，且用于接收该分压，其中，在该开关器件的关断期间，第二分压组件420的第一端的电势高于第二分压组件420的第二端的电势。
第三电阻R3耦合在辅助电源432和比较器431的输出端437之间。第三电容C3耦合在比较器431的输出端437和第二分压组件420的第二端之间，且用于稳定来自比较器431的输出端437的信号。
参考电压源450耦合于比较器431的第一输入端435，用于向比较器431提供参考电压。参考电压源450包括直流电压源451、第四电阻R4、第五电阻R5和第四电容C4。第四、第五电阻R4、R5串联耦合于直流电压源451的正、负极之间，其中，直流电压源451的负极耦合于第二分压组件420的第二端。第四电容C4并联耦合于第五电阻R5。比较器431的第一输入端435耦合于第四电阻R4和第五电阻R5之间的节点，这样第五电阻R5两端的电压被作为参考电压提供给比较器431。
本发明的实施例还涉及电路保护方法，用于保护包括多个串联开关器件的电路。
图8为方法500的流程示意图，该方法用于保护包括多个串联开关器件的电路。参见图8，方法500包括步骤510至步骤530。
在步骤510中，通过检测装置检测每个开关器件两端的电压。其中，该检测装置包括多个检测电路，用于分别检测该多个开关器件的电压信息，其中，每个检测电路与相应开关器件的门极驱动器集合成一体。每个检测电路包括分压器，其与相应的开关器件并联耦合，且其包括多个串联的分压组件。每个检测电路进一步包括信号处理器，其耦合于该多个分压组件的其中一个，且用于接收该分压组件两端的分压并输出表征该开关器件两端电压的输出信号。
在步骤520中，基于每个开关器件两端的电压判断该开关器件是否具有失效风险。
在步骤530中，使每个具有失效风险的开关器件处于持续开通状态，以降低或消除该失效风险。
虽然结合特定的具体实施方式对本发明进行了详细说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于覆盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。

Claims (14)

1.一种检测装置，其用于检测包括多个串联的开关器件的电路，该检测装置包括：
多个检测电路，其中，每个检测电路与相对应的开关器件的门极驱动器集合成一体，每个检测电路包括：
分压器，其与相应的开关器件并联耦合，且其包括多个串联的分压组件，及
信号处理器，耦合于所述分压组件的其中一个，用于接收该分压组件两端的分压，并输出表征该开关器件两端电压的输出信号。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其中，该检测电路和该门极驱动器安装于基板之上，以组成印刷电路板，所述印刷电路板与所述开关器件相邻。
3.根据权利要求1所述的检测装置，其中，所述多个分压组件包括：
多个第一分压组件，每个第一分压组件包括第一电阻；及
第二分压组件，其与所述信号处理器耦合，该第二分压组件包括第二电阻；
其中，所述第一电阻的阻值大于所述第二电阻。
4.根据权利要求3所述的检测装置，其中，所述第二分压组件进一步包括与所述第二电阻并联耦合的电容。
5.根据权利要求4所述的检测装置，其中，所述检测电路进一步包括：
第一二极管，其与所述互相串联的第一分压组件并联；及
第二二极管，其与所述第二分压组件并联；
其中，所述第一二极管的额定电压大于或等于第二二极管的额定电压。
6.根据权利要求3所述的检测装置，其中，每个所述第一分压组件进一步包括与所述第一电阻并联耦合的第一电容，所述第二分压组件进一步包括与所述第二电阻并联耦合第二电容，且所述第一电容的电容值小于所述第二电容。
7.根据权利要求6所述的检测装置，其中，所述检测电路进一步包括：
第一二极管，其与所述串联的第一分压组件并联耦合；及
第二二极管，其与所述第二分压组件并联耦合。
8.根据权利要求1所述的检测装置，其中，所述信号处理器包括用于测量所述分压的测量装置。
9.根据根据权利要求1所述的检测装置，其中，所述信号处理器包括判断单元，其用于判断所述分压是否大于或等于参考电压。
10.根据根据权利要求9所述的检测装置，其中，所述参考电压表征所述开关器件的工作电压。
11.根据根据权利要求9所述的检测装置，其中，所述判断单元包括用于比较所述分压和所述参考电压的比较器。
12.根据根据权利要求1所述的检测装置，其中，所述开关器件包括碳化硅绝缘栅双极型晶体管(IGBT)及碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)中的至少一个。
13.一种保护***，其用于保护包括多个串联的开关器件的电路，所述***包括：
检测装置，其包括多个检测电路，其中，每个检测电路与相对应的开关器件的门极驱动器集合成一体，每个检测电路包括：
分压器，其与相应的开关器件并联耦合，且其包括多个串联
的分压组件，及
信号处理器，耦合于所述分压组件的其中一个，且用于接收
该分压组件两端的分压，并输出表征该开关器件两端电压的
输出信号；及
控制装置，用于基于所述输出信号判断所述每个开关器件是否具有失效风险，并使具有所述失效风险的开关器件处于持续开通状态以降低所述失效风险。
14.一种保护方法，其用于保护包括多个串联的开关器件的电路，所述方法包括：
通过检测装置检测每个开关器件两端的电压；
基于所述电压判断每个开关器件是否具有失效风险；及
使每个具有所述失效风险的开关器件处于持续开通状态，以降低所述失效风险；
其中，所述检测装置包括多个检测电路，每个检测电路与相应开关器件的门极驱动器集合成一体，每个检测电路包括：
分压器，其与相应的开关器件并联耦合，且其包括多个串联的分压组件，及
信号处理器，耦合于所述分压组件的其中一个，且用于接收该分压组件两端的分压，并输出表征该开关器件两端电压的输出信号。
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